Параллельное соединение проводников широко применяется на практике при проектировании электрических схем. Понимание основных принципов и закономерностей поможет инженеру грамотно подбирать радиокомпоненты, правильно выполнять расчеты и заранее прогнозировать рабочие параметры системы.
Суть параллельного соединения
Параллельным называют такое соединение, при котором две или более ветвей электрической цепи имеют общие начальную и конечную точки. В отличие от последовательного соединения, где элементы цепи располагаются друг за другом, при параллельном они как бы разветвляются. На принципиальной электрической схеме параллельное соединение резисторов выглядит следующим образом:
Как видно из рисунка, ток от источника питания разделяется на две отдельные ветви, проходящие через резисторы R1 и R2. Электрические проводники могут соединяться параллельно в любом количестве, создавая множество разветвлений цепи. При этом в каждой отдельной ветви будут возникать свои значения силы тока и падения напряжения. Рассмотрим подробнее закономерности, которые при этом проявляются.
Расчет общего сопротивления
При параллельном соединении резисторов их электрические сопротивления складываются по определенным правилам. Для двух параллельно включенных проводников с сопротивлениями R1 и R2 справедливо следующее соотношение:
Где Робщ - результативное эквивалентное сопротивление. Из формулы видно, что величина Робщ всегда меньше наименьшего из двух соединенных параллельно сопротивлений. Чем больше резисторов присоединено к общим выводам, тем ниже получается общее сопротивление. Для трех и более элементов вычисление Робщ производится аналогично путем суммирования величин, обратных сопротивлениям отдельных резисторов.
На практике удобно пользоваться инженерными калькуляторами или специализированными компьютерными программами, которые берут на себя рутинную работу по расчету сложных цепей. Они позволяют за считанные секунды получать точные результаты для заданной схемы с учетом всех ее нюансов.
Напряжение и сила тока
При параллельном соединении проводников на всех участках цепи сохраняется одинаковая разность электрических потенциалов. Это легко доказать с помощью вольтметра, подключив его к общим выводам источника питания и измерив напряжение на клеммах каждого резистора. Показания прибора во всех точках совпадут.
В отличие от напряжения, сила тока в отдельных ветвях разветвленной цепи будет разной. Для каждого участка она рассчитывается по закону Ома: I = U⁄R где I - сила тока, А; U - напряжение, В; R - сопротивление участка, Ом.
На схеме ниже наглядно показано разветвление тока при прохождении через три параллельных резистора с разными сопротивлениями:
Как видно из рисунка, общая сила тока I на входе цепи разделяется на три составляющие I1, I2 и I3 обратно пропорциональные величинам электрических сопротивлений R1, R2 и R3. Чем выше сопротивление ветви, тем меньший ток будет через нее протекать.
"сила тока при параллельном соединении проводников"
Пример расчета параметров схемы
Для лучшего понимания особенностей параллельного соединения рассмотрим конкретный пример схемы и выполним расчет ее параметров. В качестве источника питания возьмем батарею с напряжением 12 В. К ней последовательно подключены три резистора с сопротивлениями 5, 10 и 15 Ом. Затем параллельно этим резисторам присоединен четвертый с сопротивлением 20 Ом:
Сначала найдем силу тока в каждой отдельной ветви по формуле I = U/R:
- I1 = 12 В / 5 Ом = 2,4 А
- I2 = 12 В / 10 Ом = 1,2 А
- I3 = 12 В / 15 Ом = 0,8 А
- I4 = 12 В / 20 Ом = 0,6 А
Суммируя токи ветвей, получаем общий ток цепи: IΣ = I1 + I2 + I3 + I4 = 2,4 + 1,2 + 0,8 + 0,6 = 5 А Таким образом, всего через схему протекает 5 А тока.
Рекомендации по измерению параметров
Для измерения силы тока и напряжения в разветвленных цепях удобно использовать мультиметры. Это компактные и недорогие универсальные измерительные приборы. Современные модели мультиметров обладают следующими достоинствами:
- высокая точность измерений;
- автоматический выбор диапазонов;
- проверка целостности цепей;
- большой яркий дисплей.
Перед использованием нужно выбрать подходящий режим работы в соответствии с тем, какой параметр предстоит контролировать. Для измерения напряжений до 500 В устанавливают режим "V". Режим "A" используется для измерения силы тока.
Влияние погрешностей резисторов
При выборе резисторов для параллельного соединения важно понимать, что реальные детали имеют производственные допуски на величину номинального сопротивления. Эти отклонения могут достигать 5-20% от заявленного производителем значения.
Даже небольшая погрешность, скажем 10%, способна значительно повлиять на распределение токов в отдельных ветвях схемы. Поэтому при расчете нужно закладывать определенный запас, особенно если речь идет об ответственных устройствах.
Тепловыделение в резисторах
Еще одним важным моментом является учет мощности, рассеиваемой на резисторах. При протекании электрического тока часть энергии необратимо преобразуется в тепло согласно закону Джоуля-Ленца. Перегрев и последующий выход из строя узлов схемы недопустим, поэтому при выборе компонентов следует проверять допустимые пределы нагрузок.
